Linux 利用 iostat 和 iotop 进行 IO 分析

目录

• 一、概述
• 二、iostat
• • 1、下载
  • 2、常用选项
  • [3、/proc/diskstats 文件](#3、/proc/diskstats 文件)
  • 3、一般使用
• 三、iostop
• • 1、下载
  • 2、常用选项
  • 3、一般使用

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一、概述

在Linux 系统上，iostat 和 iotop 这两个 IO 数据工具非常常用。它们都是性能分析领域中不可缺少的工具性软件。

如果 Linux 系统性能变慢，我们会用 top 命令 来查看系统性能。它被用来检查是什么进程在服务器上占有如此高的使用率，对于大多数 Linux 系统管理员来说很常见，现实世界中被 Linux 系统管理员广泛采用。

如果在进程输出中你没有看到很大的不同，你仍然有选择查看其他东西。比如你可以在 top 输出中检查 wa 状态，因为大多数时间里服务器性能由于在硬盘上的高 I/O 读和写降低了性能。如果它很高或者波动，很可能就是它造成的。因此，我们需要检查硬盘上的 I/O 活动。

我们可以在 Linux 中使用 iotop 和 iostat 命令监控所有的磁盘和文件系统的磁盘 I/O 统计。

二、iostat

1、下载

iostat 工具是 sysstat 包的一部分，所以我们可以轻松地在包管理器地帮助下安装，因为在所有的 Linux 发行版的仓库都是可以获得的。

对于 Fedora 系统，使用 DNF Command 来安装 sysstat。

$ sudo dnf install sysstat

对于 Debian/Ubuntu 系统，使用 APT-GET Command 或者 APT Command 来安装 sysstat。

$ sudo apt install sysstat

对于基于 Arch Linux 的系统，使用 Pacman Command 来安装 sysstat。

$ sudo pacman -S sysstat

对于 RHEL/CentOS 系统，使用 YUM Command 来安装 sysstat。

$ sudo yum install sysstat

对于 openSUSE Leap 系统，使用 Zypper Command 来安装 sysstat。

$ sudo zypper install sysstat

2、常用选项

iostat 命令，是用来展示系统中的 IO 设备和 CPU 使用情况的。它的最大优势在于能汇报所有块设备活动的统计情况，同时也能汇报出 CPU 使用情况。但是 iostat 命令有一个缺陷，就是它不能对每个应用程序进程进行深入分析，只能分析系统的整体情况。

我们先来看 iostat 如何使用，它的使用形式如下:

iostat [选项] [ <时间间隔> [ <次数> ] ]

下面是一些常用选项：

• -c：仅显示CPU使用情况
• -d [设备名]：查看具体设备和它的分区的 I/O 统计信息，不加设备名则是查看所有设备的 I/O 统计
• -k：显示状态以千字节每秒为单位，而不使用块每秒
• -m：显示状态以兆字节每秒为单位
• -N：查看 LVM 磁盘 I/O 统计报告
• -p：仅显示块设备和所有被使用的其他分区的状态
• -t：显示每个报告产生时的时间
• -V：显示版号并退出
• -x：显示所有设备的详细的 I/O 统计信息

输出内容：

• Device：设备名称，或者分区名称
• r/s：每秒实际读取请求的数量
• w/s：每秒实际写入请求的数量
• rMB/s：每秒实际读取的大小，单位为MB
• wMB/s：每秒实际写入的大小，单位为MB
• rrqm/s：每秒合并的读取请求数量
• wrqm/s：每秒合并的读取请求数量
• %rrqm：合并读取请求的百分比
• %wrqm：合并写入请求的百分比
• r_await：读取请求处理完成等待时间(单位是毫秒)
• w_await：写入请求处理完成等待时间(单位是毫秒)
• aqu-sz：平均请求队列长度
• rareq-sz：读取请求的平均大小(单位为KB)
• wareq-sz：写入请求的平均大小(单位为KB)
• svctm处理IO请求所需的平均时间(不包括等待时间，单位是毫秒)
• %util磁盘处理IO请求的时间百分比

有了这些量化数据，我们就能判断每个硬盘分区的 IO 使用情况，从而分析出哪个设备占用 IO 请求量高或者低、占用时间多少、读取或者写入的数据量有多少。这样，性能瓶颈出现在哪个设备上，我们心中就有数了。

3、/proc/diskstats 文件

iostat 命令的数据来源，主要的数据来源是 /proc/diskstats 文件，它记录着块设备 IO 操作的全部统计信息。

下面来看一下这个文件的数据结构，它的每一行代表一个块设备或者块设备的分区，总共 20 列数据，每一列的内容如下：

序号	内容
1	主设备号
2	次设备号
3	设备名
4	已读取IO请求数量
5	读取的合并IO请求数量
6	读取的扇区数
7	读取IO请求的总等待时间(毫秒)
8	已写入IO请求数量
9	写入的合并IO请求数量
10	写入的扇区数
11	写入IO请求的总等待时间(毫秒)
12	加权的IO请求数量
13	此块设备活动的总时间(毫秒)
14	队列中所有IO请求的总等待时间(毫秒)
15	已丢弃IO请求数量
16	丢弃的合并IO请求数量
17	丢弃的扇区数
18	丢弃IO请求的总等待时间(毫秒)
19	已刷新的IO请求数
20	刷新IO请求的总等待时间(毫秒)

Linux 块设备层在处理每个 IO 请求的时候，都会更新这些数据。iostat 只使用了其中部分数据。由于这些数据是线性增加的，iostat 只需要经过多次采集，进行简单的运算就可以了。

iostat 只是负责的工作其实很简单，就是采集数据并计算显示。我们通过一段时间的 IO 请求数据、写入和读取的数据量、IO 请求等待时间等等这些数据，就可以评估一个设备的 IO 性能了。

3、一般使用

1. 不加参数会看到完整的信息

2. 查看所有设备的 I/O 统计

加上设备名可以看到指定的设备 IO 信息：

3. 查看所有的设备和分区的 I/O 统计

4. 显示所有设备的详细的 I/O 统计信息

三、iostop

使用时需要 root 权限

1、下载

对于 Fedora 系统，使用 DNF 命令 来安装 iotop。

$ sudo dnf install iotop

对于 Debian/Ubuntu 系统，使用 API-GET 命令 或者 APT 命令 来安装 iotop。

$ sudo apt install iotop

对于基于 Arch Linux 的系统，使用 Pacman Command 来安装 iotop。

$ sudo pacman -S iotop

对于 RHEL/CentOS 的系统，使用 YUM Command 来安装 iotop。

$ sudo yum install iotop

对于使用 openSUSE Leap 的系统，使用 Zypper Command 来安装 iotop。

$ sudo zypper install iotop

2、常用选项

上面的 iostat 工具，只能收集量化到每个块设备的读写情况，但如果我们想知道每个进程是如何使用 IO 的就做不到，这就要用到 iotop 命令了。

iotop 命令是一个 top 类工具，可以监视磁盘 I/O 使用状况，还可以作为 iostat 的升级工具使用。iotop 命令具有与 Linux 系统自带的 top 相似的 Ul，只是 top 更关注进程，而 iotop 更关注 IO。

iotop 命令它是使用 Python 语言编写而成，需要用 Python2.5 以上的版本和 Linux 内核 2.6以上的版本。iotop 提供了源代码和二进制软件包，可以自己选择安装。在前面已经说明了如何安装 ，iotop。

像 iostat 一样，我们一起看看 iotop 如何使用，它的使用形式如下:

iotop [选项]

下面是一些常用选项：

• -a：以累计方式显示信息，数据从 iotop 命令启动开始做计算
• -o：只显示有 IO 操作的进程
• -b：批量显示，无交互，主要用作记录到文件
• -n NUM：NUM 是数字，显示（NUM）次，主要用于非交互式模式
• -d SEC：SEC 是秒数，间隔（SEC）秒显示一次
• -p PID：PID 是进程 id，监控 id 等于 PID 的进程、
• -q：列名称只在第一次迭代时打印
• -qq：列名称从不打印
• -qqq：不打印 IO 摘要
• -u USER：USER 是用户名，监控用户等于 USER 的进程
• -t：增加时间戳列

输出内容：

• PID：进程的 id
• PRIO：进程优先级
• USER：进程的所属用户
• DISK READ：进程每秒读取硬盘的数据量
• DISK WRITE：进程每秒写入硬盘的数据量
• SWAPIN：swap 交换百分比
• IO：等待 IO 百分比
• COMMAND：进程对应的应用程序文件

有了这些量化数据，我们就能判断哪些进程是 IO 型进程，哪些进程是计算型进程，每个进程的访问 IO 的数据一目了然。

根据这些数据，我们还能进一步分析出哪个进程使用 IO 的量是高或者低、占用时间多少、进程优先级多少。IO 性能瓶颈出现在哪个进程上，需要优化哪个进程的 IO 模型，我们心中就有底了。

3、一般使用

1. iotop

root:~# iotop

2. 以累计方式显示信息

root:~# iotop -a

3. 利用重定向连续记录一段时间的信息

root:~# iotop -b > iotop.txt
^C
root@projectsauron:~# vim iotop.txt

4. 2s 剧新 1 次，刷新三次信息后结束

root:~# iotop -d 2 -n 3